專利名稱：公交車輛實時定位通信方法及其系統實現的制作方法
技術領域：
本發明涉及公交管理系統內實現車輛的實時定位和通信的系統。
目前，普遍使用的車輛實時定位技術主要基于全球定位系統(GlobalPositioning System，GPS)。裝有全球定位系統接收機的公交車輛在某一時刻可同時接收從三顆以上GPS同步衛星的三維位置、三維速度和精確的時間信息，通過接收機的定位計算，來確定其具體所處的位置。
但是使用GPS定位系統存在一些缺點。首先，它要求為每輛公交汽車配備專門的全球定位系統接收機，這無形中增加了企業的初期投入與日常開支。其次，GPS的民用定位精度僅為百米數量級，不是特別精確。盡管可以通過增加地面差分站提高精度，但這會大大增加資金投入。第三，由于GPS系統的技術源于美國軍方，至今仍主要為美國軍方服務。在特別情況下，其信號容易遭到惡意破壞和干擾。
另外還有一種技術是根據公交汽車的運行特點，提出由駕駛員操作電子報站器僅在每個公交站點上傳定位信息。這種方法雖然擺脫了GPS定位技術帶來的種種限制，但它也存在著一個無法解決的問題，那就是這種定位技術需要駕駛員操作，容易被人為因素所干擾，某些時候將導致整個調度系統的混亂，甚至崩潰。同時，由于公交行業用戶管理的信息化、智能化需求不斷提高，僅局限于在公交站點定位是遠遠不夠。
目前，公交車輛與公交管理系統之間的通信主要有兩種方式一種是通過建立私有通信網絡；另一種是通過全球移動通信系統(Global Mobile System，GSM)短消息。前者雖然可以提供獨占式頻帶享用，但無論是從網絡的利用率還是從投資成本角度看，這都是一種極為浪費的解決方案。后者雖然使用了商業網絡作為通信網絡，但是限于技術水平，使用GSM短消息存在的缺點有傳輸速度慢，單條消息攜帶的信息量少，通信不穩定(短消息可能在傳輸過程中丟失)，和通信時延大、響應速度慢等，而且按照目前的商業模式和收費方案，短消息通信費用將會成為企業的很大一筆開支。
另外，上述兩種公交車輛與公交管理系統之間的通信技術中還存在著一些共性問題，一是上層協議過分依賴于底層承載網絡。對于不同的承載網絡，采用不同的上層協議，造成開發成本的急劇增加和資源的浪費。二是上行通信連接和下行通信連接是基于同一通信技術，這樣做雖然有利于簡化車載終端的結構，減少終端的開發和采購成本。但是，卻由于沒有很好地分析上下行通信的各自特點，導致了全周期使用成本的上升。
現有系統的最大問題在于車輛一旦從終點站發車，則其整個行進過程對于調度人員來說便脫離控制，完全取決于車輛自身。調度系統的管理人員無法在任意時刻，全面掌握特定車輛的位置和運載情況，特定線路的車輛分布，和特定交通網絡內的車輛流動情況。
所謂“距離矢量和標志點校正定位法”就是充分利用城市公交車輛的運營特點的一種可以精確到1米～10米數量級的定位方法。城市公交車輛的運營具有以下特點1.每條公交線路的行駛方向和每個方向的運營路線是固定的；2.這些固定的運營路線由若干相對位置固定的公交站點和它們之間距離長度固定的路線組成；3.這些固定的運營線路上還有一些固定的特征標志，如橋梁、隧道、線路轉彎點等。
“距離矢量和標志點校正定位法”的所需輸入參數是車輛行駛距離、各標志點及其之間的距離。所謂標志點就是那些在運營線路上固定的公交站點和特征標志。我們把前者稱作主標志點，后者稱為輔助標志點。任一時刻，車輛所處的位置由基準標志點(可以是線路終點主標志點或者車輛行駛方向上經過的最近的主標志點)和到基準標志點的距離這兩個參數組成的二維矢量來確定。車輛到基準標志點的位置偏移量由車載傳感器提供輸入，在車輛到達或者經過標志點時得到校驗。車輛到達基準標志點由車載終端通過計算傳感器的輸入自動檢測；車輛到達輔助標志點由人工輸入。鑒于人工輸入可能出現各種錯誤，所以輔助標志點僅用于輔助定位和距離參數的校驗，并非是每個實施例中必需的部分。
一個實現了“距離矢量和標志點校正定位法”的公交管理系統由車載終端、遠端處理系統和數據通信網絡組成。
車載終端由車載傳感器(采集車輛運行數據)、車輛位置處理器(根據車載傳感器的數據實時計算車輛位置)、數字通信單元(與遠端處理系統建立通信連接，接收和發送數據)和存儲器組成。車載終端會在到達或經過每一個標志點時，向遠端處理系統報告車輛的當前位置。根據公交用戶的具體要求，車載終端還可以每隔一段特定的時間或者距離，周期性向遠端處理系統報告車輛的當前位置。另外，遠端處理系統可以隨時向車載終端發出位置查詢指令。在收到該指令后，車載終端立刻反饋當前時刻的位置信息。
遠端處理系統由數據傳送/接收模塊(與車載終端建立通信連接，接收和發送數據)、數據/邏輯處理模塊、用戶接口設備、數據存儲模塊和外部系統接口模塊組成。遠端處理系統通過數據傳送/接收模塊(中央采集器或者遠端采集代理)實時收集車輛的位置數據，運用數據/邏輯處理模塊的軟硬件實現對數據進行實時運算和處理。遠端處理系統能夠將這些數據以多媒體方式在用戶接口設備上輸出，也能對數據進行格式轉化，通過外部系統接口輸出給與遠端服務器連接的其它相關管理系統，還能夠把車輛的位置數據儲存到數據存儲設備中，以備將來對其進行進一步的處理(統計或查詢等)。
任何應用“距離矢量和標志點校正定位法”的車載終端和遠端處理系統使用特定的通信協議——公交車輛信息傳輸協議(Bus Information Transport Protocol，BITP)。該通信協議不依賴于底層的傳輸承載方法，不受底層傳輸協議改變的影響。因此，可以根據數據傳輸方式的改進而不斷使用于新的數據通信方式來實現該方法。如用通用數據包無線業務(General Packet Radio Service，GPRS)或碼分多址(Code Division Multiple Address，CDMA)網絡代替短消息業務(ShortMessage Service，SMS)，或用“第三代通信網絡”(Third Generation Network，3G Network)或專用網絡等更靈活有效的通信技術來完成數據通信等。
通過實施本發明，公交企業可以低廉的投資成本和運營成本實時跟蹤運行的公交車輛，獲得其位置信息，并對這些信息加以合理的應用。從而能夠引入高效的運營調度手段，節約成本，提高經濟和社會效益。
圖2具體描繪了“距離矢量和標志點校正定位法”的定位過程，以及標志點在此過程中的作用。
圖3給出了車載終端定距離發出位置更新的實施例。
圖4給出了車載終端定時發出位置更新的實施例。
圖5給出了車載終端響應管理系統的位置查詢請求的實施例。
圖6給出了一個上下行通信不使用同一承載協議的實施例。
圖7顯示了車載終端和管理系統間的通信連接方法。
圖8給出了通信數據包的主要結構。
圖9給出了通信數據包頭的主要結構。
圖10給出了請求消息數據包消息體的主要結構。
圖11給出了一種請求消息數據包消息體中標識部分的結構實施例。
圖12給出了響應消息數據包消息體的主要結構。
圖13給出了數據包消息體中位置數據的結構。
圖14給出了通信方法的協議棧結構及一種實施例。
圖15是實現了“距離矢量和標志點校正定位法”的車載終端實施例的電氣結構示意圖。
圖16是實現了“距離矢量和標志點校正定位法”的遠端處理系統實施例的結構示意圖。
圖17介紹了遠端處理系統的兩種不同類型的數據傳輸/接收方法。
圖18給出了遠端處理系統數據傳輸/接收模塊的結構分解圖。
圖19給出了遠端處理系統數據/邏輯處理器模塊的結構分解圖。
圖20給出了遠端處理系統多媒體用戶接口部分的實施例。
圖2詳細描繪了“距離矢量和標志點校正定位法”定位過程的一個實施例，以及標志點在此過程中的作用。為了簡化問題，不失一般性，我們僅考慮使用行駛方向上經過的最近的車站作為基準標志點時，基準標志點(車站)21和基準標志點(車站)25這一線路段間的情況。
假設公交汽車1準確到達基準標志點車站21，車載終端2中的位置偏移計數器被置空，并向遠端處理系統發送位置更新消息(27)。在優選實施例中，車輛到達車站與否是通過停車開門事件自動判斷的。本領域的技術人員可以理解，也能用其它與車輛到站相關聯的事件(如司售人員的手工輸入)來作為判據。公交汽車1啟動后，車載終端2的位置偏移計數器的值不斷增加，以表示車輛相對車站21的位置偏移矢量。在優選實施例中，該位置偏移計數器的輸入來自車輪轉速傳感器。車輪每轉一圈，該計數器加一。本領域的技術人員可以理解，也可用其它具有相同功能的傳感器作為位置偏移計數器的輸入。
對于自動判斷到站的公交汽車1而言，在某些情況下，會有多次靠站發生。只要這些靠站發生時，位置偏移計數器的值小于基準標志點車站21到下門限22的預定值，這樣的靠站被認為是對前一次靠站的修訂。此時，位置偏移計數器的值將被再次清空(28)。
在圖2所示的實施例中，輔助標志點23用來校正當前的位置偏移數據。當公交汽車1行駛到輔助標志點23(圖2中的橋梁)時，車載終端將收到司售人員的手工輸入。此時，車載終端2將比較位置偏移計數器的當前值和存儲器內該輔助標志點的預定值。當兩值存在很大差別時，車載終端2自動用后者替換位置偏移計數器值。同時，車載終端2還向遠端處理系統8報告新的位置信息(29)。由于輔助標志點的作用并非必需的，所以即使司售人員遺忘了輸入，也不會對整個定位造成很大的影響。必須再次說明的是，輔助標志點的使用是可選的。
行駛途中的公交汽車1總是通過當前基準標志點(車站)21和對于該基準標志點的位置偏移(當前位置偏移計數器的值)來確定當前位置(30)。
當自動判斷到站的公交汽車1行駛過了存儲器內預存的該線路段上門限下界24后且未到上門限上界26，車輛的第一次停車(31)將會認為是正常靠站。這時，車載終端2要將當前的基準標志點換成基準標志點(車站)25，位置偏移計數器置空，并向遠端處理系統8發送新的位置更新消息(31)。隨后，車輛就進入了下一個線路段，并按照前述處理再次正常停靠(32)基準標志點(車站)25的情況。
如果，自動判斷到站的公交汽車1在基準標志點(車站)25并未停靠(33)。當位置偏移計數器的值超過該線路段的上門限上界26時，車載終端2自動判斷出公交汽車1已經超過基準標志點(車站)25。車載終端2將位置偏移計數器清空，設置新的基準標志點(車站)25，并向遠端處理系統8發送位置更新消息。
圖3顯示了一種定期發送位置更新消息的策略。公共汽車1每隔一定距離向遠端處理系統8報告位置更新。在圖3所示例子中，兩相鄰公交車站相距280距離單位。在車載終端2中的預先設定是每隔70距離單位(35)，需要向遠端處理系統8報告當前車輛位置。這樣，公交汽車1在該線路段內每行駛了70距離單位(根據位置偏移計數器的值進行判斷)就通過上行信道6發送位置更新消息(由當前基準標志點值和對該標志點的位置偏移量組成)。無線接收設備11接收該消息并通過數據通信網絡9將其傳送給遠端處理系統8。遠端處理系統8對收到的公交汽車1的當前位置數據進行處理。
圖4顯示了另一種定期發送位置更新消息的策略。公共汽車1每隔一定時間向遠端處理系統8報告位置更新。在圖3所示例子中，車載終端2中的預先設定是每隔10個時間單位(36)，需要向遠端處理系統8報告當前車輛位置。這樣，公交汽車1在該線路段內每行駛了10個時間單位(根據車載終端2中的計時器進行判斷)就通過上行信道6發送位置更新消息(由當前基準標志點值和對該標志點的位置偏移量組成)。無線接收設備11接收該消息并將其傳送給遠端處理系統8。遠端處理系統8對收到的公交汽車1的當前位置數據進行處理。
圖5給出了遠端處理系統8如何隨時查詢公交車輛1的當前位置。遠端處理系統8利用無線發射設備10通過下行信道4向公交汽車1發出位置查詢指令。公交汽車1的車載終端2在上行信道6上響應當前基準標志點值和對該標志點的位置偏移量。無線接收設備11接收該消息并將其傳送給遠端處理系統8。遠端處理系統8對收到的公交汽車1的當前位置數據進行處理。
在
發明內容
中已經提到，上下行通信信道是可以分開的，甚至可完全不基于同一種技術。圖6給出了一個上下行通信信道使用不同網絡技術的實施例。在本實施例中，上行信道采用的是GPRS網絡41，公交汽車1上的車載終端2通過GPRS無線接口43連接到GPRS無線接收設備42。后者經過GPRS網絡41將車載終端2發來的消息傳送到遠端處理系統8。實施例中的下行信道采用的是Flex網絡45，遠端處理系統8使用Flex網絡45和它的無線發射設備46，通過Flex無線接口44將消息下發到公交汽車1上的車載終端2。本領域的技術人員可以理解，還可使用其它具有相似性能的通信網絡作為上下行通信信道。
圖7描繪了實現了“距離矢量和標志點校正定位法”的遠端處理系統8和車載終端2使用的獨立于下層協議的應用層通信的連接方式。為了便于敘述，以下將所有具有本說明書所述特征的，用于車載終端2與遠端處理系統8通信的應用層協議統稱為“公交車輛信息傳輸協議”，下簡稱BITP。由于，該協議是對下層協議透明的，無法假設下層協議為無連接協議還是有連接協議。所以，BITP將自己處理連接的可靠性和通信的完整性。BITP協議的請求和響應是一一對應的，支持BITP協議的任何一方在發送了一個消息后，都將期待對方在預定時間內反饋一個對該消息的響應，以確保對方能正確收到先前發送的消息。在這里，我們引入另兩個名詞術語，首先，任何消息的主動發起方在BITP協議中被稱為消息客戶機51；而任何消息的被動響應方在BITP協議中被稱為消息服務器52。值得注意的是，客戶機和服務器的身份并非一成不變的，BITP協議中的某方可能對于一個消息是客戶機51，而對于另一個消息則是服務器52。
圖7的左上部分描繪了正常情況下的通信過程。消息的客戶機51首先發送BITP消息1到消息服務器52(53)。消息服務器52接收了該信息并加以處理，然后它反饋一個正確收到消息的響應(54)。本領域的技術人員知道上面描述的是一個同步處理過程，很容易用一個異步處理過程(即消息服務器52接收到BITP消息1后不加處理，立刻反饋消息響應54)來代替同步過程。消息客戶機51在規定時間內收到了對于消息1的正確響應后，就可以繼續發送后續的BITP消息2了(59)。后面的流程和前述相同，就不再重復了。如果，客戶機51收到的是一種指明某種錯誤的響應，就要進行響應的出錯處理。這些出錯處理的范圍很廣泛，從簡單的重發消息到整個系統的重啟動。
圖7的左下部分描述了當消息客戶機51發送的消息在傳遞到消息服務器52的過程中被丟失時的通信情況。消息的客戶機51首先發送BITP消息1到消息服務器52(55)。但在傳輸過程中，該消息丟失了(62)。很顯然，由于服務器52不會收到該消息，所以也不會有任何響應反饋到消息客戶機51。這時，在消息客戶機51中的定時器就會發生超時(61)。在這種情況下，消息客戶機51就要重發丟失的BITP協議消息1(55)。在圖示中，第二次消息發送得到了正確及時的響應。
圖7的右下部分描述了當消息服務器52收到消息1，但是反饋的響應在通信過程中丟失的通信情況(63)。同樣的，在這種情況下，消息客戶機51中的定時器會發生等待超時(61)。在這種情況下，消息客戶機51也要重發丟失的BITP協議消息1(55)。在圖示中，第二次消息發送得到了正確及時的響應。
圖7的右上部分描述了另一種客戶機51需要重發消息的通信情況。在這個場景中，消息服務器52正常收到并響應了消息客戶機發來的消息1(53、54)。但是由于種種原因(如網絡延時等)，客戶機51在規定的時間內沒有收到響應(61)。此時，消息客戶機51仍要重發BITP消息1(55)。稍后，消息客戶機51可能收到了消息服務器52對于第一次消息的響應(54)，它會將其作為對第二次發送(55)的響應進行處理。這時，消息客戶機51應該忽略以后可能收到的消息服務器52對于第二次消息的響應(56)。
另外值得說明的一點是當消息客戶機51不斷被要求重發消息時，消息客戶機51的實現者可以自行決定如何處置。在優選實施例中，當要求重發的次數超過一個預先設定的門限值時，消息客戶機51將停止繼續重發消息并報告通信出錯消息。本領域的技術人員易理解，可以使用其它的處理方法來處理這種情況。
圖8到圖13分別說明了本說明書所描述的BITP協議數據包71的結構組成，它們僅說明了必需的組成部分，并不排斥在具體應用時有其它部分加入。同樣的，各部分在數據包中的順序也并不需要嚴格按照圖示。本領域的技術人員可以設計符合這里所描述的組成結構的各類BITP協議。
首先參照圖8，每一個BITP協議消息及其響應的數據包71必須包含一個消息頭72和一個消息體73構成的。
如圖9所示，消息頭72中由兩個必選參數，一個是消息的類型參數74用于表明該消息或響應的類型，一個是消息的序列號75用于在同一消息實現者發出不同的消息之間進行區分。在優選實施例中，這兩個參數都是用無符號整形來表示的。前者2個字節，后者4個字節。本領域的技術人員可知，在具體應用中可用其它數據類型和數據長度作替換。
圖10給出了一個發起消息的消息體73結構。它有標識76、鑒權78和數據77這三個必選參數。標識76用于在從車載終端2發起的消息中表明消息的發送方和在從公交管理系統8發起的消息中表明消息的接收方。圖11給出了標識76的一個實施例。在這個實施例中，標識76包括了指明哪個終端的終端標識82和指明哪個使用者的用戶標識83。容易理解，也可以用其它結構來表示標識76。鑒權78是對包括消息內容在內的數據運行單向算法后得到的結果。在優選實施例中，數字摘要算法五(MD5)被用作單向算法。在對車載終端2到遠端處理系統8的消息用MD5計算鑒權78時，加入了終端和使用者的私有信息，以保證消息來自于標識76所標識的終端和使用者。同樣的，在對遠端處理系統8到車載終端2的消息用MD5計算鑒權78時，加入了遠端處理系統8的私有信息，以保證消息確實來自于遠端處理系統8。本領域的技術人員可以了解，能用與MD5具有相同效果的其它單向算法計算鑒權78的值。同時，也可以增加算法的輸入信息，進一步擴大鑒權78的能力。除了涉及位置信息那部分數據以外，數據77的其它部分可以根據實際應用和消息類型，由本領域的技術人員自行規定。
圖12給出了一個響應消息的消息體85結構。它有響應代碼79、鑒權84和數據77這三個必選參數。響應代碼79指出了消息服務器52的接收和處理消息的結果正確還是出錯。如果出錯，它還指出了錯誤類型。響應消息的鑒權84與發起消息中的鑒權78計算方法相同，作用類似。在優選實施例中，在計算鑒權84時，將該響應消息對應的發起消息中的鑒權78作為輸入參數之一，以保證發起消息被正確接收。同樣的，除了涉及位置信息那部分數據以外，數據77的其它部分可以根據實際應用和消息類型，由本領域的技術人員自行規定。
圖13描繪了數據77中位置信息數據的結構。它包括了基準標志點80和到基準標志點的位置偏移81這兩個必選參數。
圖14說明了本說明書所描述的BITP協議在整個協議棧中的位置(左)和優選實施例中的協議棧結構(右)。BITP協議位于協議棧的頂層，屬于應用層91協議。在應用層91之下，是傳輸層協議92。傳輸層協議92包括基于因特網協議(IP協議)96的用戶數據包協議(UDP)95和傳輸連接協議(TCP)，以及基于其它網絡層協議的其它傳輸層協議。傳輸層之下是網絡層協議93，一個典型的網絡層協議93是IP協議96。當然，也存在著其它網絡層協議93。協議棧的最底層是各種底層的承載協議94，如通用數據包無線業務(GPRS)協議簇97、雙向尋呼的Reflex協議簇、無線以太網802.11協議簇等等。
在優選實施例中，選用UDP協議95作為傳輸層協議92，IP協議96作為網絡層協議93，GPRS協議97作為底層承載協議94。正如前面的舉例，本領域的技術人員可以根據實際情況，可使用其它協議作為各層的備選協議。
參照圖15，車載終端2由車載傳感器154、車輛位置處理器151、數字通信單元152、存儲器153、通信天線155和告知設備156這些必選模塊組成。其中，車載傳感器154收集“距離矢量和標志點校正定位法”所用到的各類基本輸入數據；車輛位置處理器151使用車載傳感器154采集的數據計算當前車輛位置；數字通信單元152根據BITP協議與遠端處理系統8建立通信連接，接收和傳輸數據；存儲器153儲存終端正常運行所需要的各類數據和配置信息；告知設備156用于向車載終端2的實用者輸出位置信息和其它相關數據。本領域的技術人員可以理解，上述部分指示構成一個車載終端2的必要部分。在具體實施過程中，可以通過增加其它模塊，擴展車載終端2的使用功能。
優選實施例中，車載傳感器154選用霍尼威爾(Honeywell)公司的GT1系列霍爾效應齒輪傳感器(用于檢測車輪轉速)和普通高低電位傳感器(用于檢測車門開關)；車輛位置處理器151選用MPSD3233芯片；數字通信單元152選用Wavecom Q2303A通信模塊；存儲器153選用Intel3204存儲芯片；告知設備156選用LCD液晶顯示器。本領域的技術人員易知，任何具有與上述提及元件類似功能和性能的元件都可以被選用。
圖16給出了基于“距離矢量和標志點校正定位法”的遠端處理系統8優選實施例的功能模塊結構。該實施例主要功能由五個相對獨立的功能模塊組成，分別為數據傳送/接收模塊111，數據/邏輯處理模塊112，外部系統接口模塊113，數據存儲設備114和用戶接口設備115。
數據傳送/接收模塊111通過外部接口107接收來自移動車輛的位置信息，按照BITP協議校驗數據包，從數據包中提取傳輸數據內容，并將其轉化為內部數據格式。然后，通過內部接口108將經過預處理的數據交由數據/邏輯處理模塊112進行處理。數據傳送/接收模塊111也通過內部接口108接收數據/邏輯處理模塊112發來的數據，將其按照BITP協議規范組成數據包從外部接口107發送出去。
數據/邏輯處理模塊112按照內部程序邏輯自動處理從數據傳送/接收模塊111、外部系統接口模塊113和用戶接口設備115來的數據。如果有必要向車載終端反饋處理結果，數據/邏輯處理模塊112把處理的結果反饋給數據傳送/接收模塊111，由后者生成通信數據發送到車載終端2；如果有必要向系統用戶告知收到的數據，數據/邏輯處理模塊112將數據整理并通過接口119傳送到告知設備115；如果有必要向其它外部系統116發送數據或報告處理結果，數據/邏輯處理模塊112將相關數據通過接口120傳輸給外部系統接口模塊113；如果有必要存儲數據或處理結果，數據/邏輯處理模塊112通過接口118將數據存儲到數據存儲設備114中；如果有必要讀取先前存儲的數據，數據/邏輯處理模塊112通過接口118向數據存儲設備114發出數據請求。
用戶接口設備115接收來自數據/邏輯處理模塊112數據，并以多媒體方式展現給系統的使用者(如調度管理人員)。同時，用戶接口設備115還接受用戶發出的指令，并將指令翻譯成內部數據格式傳送給數據/邏輯處理模塊112。
外部系統接口模塊113通過內部接口119接收來自數據/邏輯處理模塊112的數據，根據需要通信的外部系統116的接口類型，進行數據轉換，通過外部接口117將數據發送給外部系統116。外部系統接口模塊113接收從外部系統116發來的請求或響應信息，把數據轉換成內部數據格式，并通過內部接口119傳送到數據/邏輯處理模塊112。
數據存儲設備114存儲和維護與車輛位置信息相關的數據，并實時響應數據/邏輯處理模塊112發來的查詢請求。
遠端處理系統的實施有多種方案。本領域的技術人員可以理解，以上各種功能模塊和內外部接口都可以通過不同的軟/硬件方式來實現。在優選實施例中，遠端處理系統采用通用計算機外加專用軟件的方式來實現。其中，外部接口107、108采用TCP(傳輸控制協議)/IP(因特網協議)連接；內部接口118采用數據庫標準查詢語言(Standard Query Language，SQL)；內部接口119采用擴展標記語言(Extended Markup Language，XML)；內部接口108、120采用了直接函數調用。數據存儲設備114為安裝了通用關系型數據庫的計算機；用戶接口設備115以普通CRT顯示器作為輸出設備，以鍵盤和鼠標作為輸入設備。
圖17給出了應用“距離矢量和標志點校正定位法”的遠端處理系統8兩種不同的數據傳輸/接收方式。這兩種方式分別是中央集中采集方式和遠端分布采集方式。采用中央集中采集方式時，公交車輛1發出的位置信息通過無線/有線數據通信網絡101經公共數據網絡102(如因特網等)傳到中央采集器103，后者對數據進行預處理后通過內部接口108傳給遠端處理系統8的其它模塊105；采用遠端分布采集方式時，公交車輛1發出的位置信息通過無線/有線數據通信網絡101傳到位于其內的遠端采集代理104，后者對數據進行預處理后直接通過內部接口108傳給遠端處理系統8的其它模塊105。在前一種方式中，中央采集器103與遠端處理系統8的其它模塊105可以位于同一硬件設備中，甚至是同一個軟件；后一種方式，遠端采集代理104位于無線/有線數據通信網絡端的硬件設備內，通過遠程通信方式(通用對象請求中介結構(Corba)調用、遠程方法調用(RMI)調用、TCP/IP通信等)和遠端處理系統8的其它模塊105進行交互。
在優選實施例中，遠端處理系統8使用中央采集器103作為數據傳輸/接收模塊111。
圖18給出了基于“距離矢量和標志點校正定位法”的遠端處理系統8數據傳送/接收模塊111的結構。通信協議模塊131通過接口107，根據所使用的數據傳輸協議，如TCP/IP，X.25等，負責數據的接收和發送。數據校驗模塊132對接收到的和將發送的數據進行有效性的驗證和預處理，并由BITP數據模塊133，根據BITP協議，對數據進行封裝/解封裝，通過接口108與數據/邏輯處理模塊112通信。本領域的技術人員可以理解，并通過不同的軟/硬件方式實現以上功能模塊。
圖19給出了基于“距離矢量和標志點校正定位法”的遠端處理系統8數據/邏輯處理模塊112的結構。數據邏輯處理模塊140通過接口108接收數據，根據內部的邏輯規則，計算并得到車輛的位置等信息。應用數據表示處理模塊141對數據處理后，由內部接口119送至用戶接口設備115。應用表示數據處理模塊141也可通過內部接口119，接受用戶接口設備115的指令，反向通過接口108發送數據到數據傳送/接收模塊111。數據/邏輯處理模塊112還可以通過外部數據處理模塊142將數據經由內部接口120發送到外部系統接口模塊113。本領域技術人員可以理解并根據需要實現數據邏輯處理模塊140的內部邏輯規則，也可以根據現實情況，實現應用數據表示處理模塊141和外部數據處理模塊142的數據處理規則。
圖20給出了用戶接口設備115輸出的一個應用實例。應用表示層最基本的功能在于以直觀具體的方式向調度/管理人員展示車輛的位置和載客信息。本實施例中，采用通用計算機顯示設備輸出遠端處理系統8的應用窗口161。該窗口符合“視窗”系統的通用窗口模式，由窗口頂部的菜單欄162和工具欄163，窗口底部的狀態欄167和中間主體顯示區域組成。主體顯示區包括了數據通覽區164和具體數據顯示區166組成。在實施例中，數據通欄區164采用了數字地圖技術來顯示車輛位置。用戶可以在具體數據顯示區166選擇不同的應用標簽165來觀察不同的數據。本領域技術人員可以理解，可以采用其它技術來實現用戶接口設備115的輸出。
盡管以上利用實施例對本發明進行了說明，但對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發明范圍的情況下，很顯然可以有多種替換和改進。因此，這樣的替換和改進仍被認為是處在本發明權力要求所限定的內容和范圍之內。
權利要求
1.公交管理系統中用于公交車輛實時定位和通信方法及其系統，包括·基于固定線路上的標志點和到標志點的位置偏移的二維矢量定位方法——“距離矢量和標志點校正定位法”；·實現“距離矢量和標志點校正定位法”的公交管理系統由車載終端、遠端處理系統和數據通信網絡組成；·用于在遠端處理系統和車載終端之間進行通信的獨立于下層數據通信網絡技術的通信協議。
2.根據權利要求1所述的公交車輛實時定位方法，其特征在于公交車輛的實時位置由當前的主標志點和到主標志點的位置偏移所唯一確定。
3.根據權利要求1所述的公交車輛實時定位和通信方法及其系統，其特征在于·車載終端負責提供公交車輛的位置數據給遠端處理系統；·車載終端接受手動或自動的輸入獲知當前所處的標志點；·車載終端接受手動或自動的輸入獲知當前標志點的更新；·車載終端接受自動的輸入獲知到當前標志點的位置偏移；·車載終端利用標志點的信息對位置偏移進行校正。
4.根據權利要求3所述的車輛實時定位和通信方法及其系統，其特征在于·車載終端定期(包括定時和定距離)向公交管理系統自動報告位置更新數據；·通過調整間隔時間或者間隔距離來提供不同的定位精確度。
5.根據權利要求3所述的車輛實時定位和通信方法及其系統，其特征在于·公交管理系統可以在任意時刻向車載終端查詢車輛位置數據；·車載終端隨時響應公交管理系統對于車輛位置的查詢；·車載終端回復公交管理系統位置查詢的響應包括當前標志點和到該標志點的位置偏移。
6.根據權利要求1所述的車輛實時定位和通信方法及其系統，其特征在于在第一通信信道傳輸車載終端到公交管理系統的數據，在第二通信信道傳輸傳輸公交管理系統到車載終端的數據。
7.根據權利要求6所述的車輛實時定位和通信方法及其系統，其特征在于第一通信信道和第二通信信道可以基于同一通信技術，也可以基于不同的通信技術。
8.根據權利要求1所述的公交車輛實時定位通信方法，其特征在于·任何一條發出的消息都有唯一的一條響應與它相對應；·如果在預定的時間內沒有收到發出消息的響應，為了繼續通信，通信的發起方需要重發消息；·通信的發起方只有在正確收到前一條消息的響應后，才能夠發送下一條消息。
9.根據權利要求1所述的公交車輛通信方法，其特征在于·每一條消息及其響應由消息頭和消息體組成；·消息頭包括表明消息類型和消息順序的參數；·消息體中包括檢驗數據完整性和通信實體身份的校驗參數；·消息的消息體中包括發送或者接收消息的車載終端的標識信息；·響應的消息體中包括對消息的響應代碼；·消息體數據部分的位置數據由代表標志點的參數和代表到標志點的位置偏移的參數組成。
10.權利要求1所述的公交車輛實時定位和通信方法及其系統中的車載終端，該車載終端包括·車載傳感器收集“距離矢量和標志點校正定位法”所用到的各類基本輸入數據；·車輛位置處理器計算當前車輛位置；·存儲器儲存終端正常運行所需要的各類數據和配置信息；·告知設備輸出位置信息和其它相關數據；·數據通信單元根據協議，通過不同的傳輸方法接受/發送數據。
11.權利要求1所述的公交車輛實時定位和通信方法及其系統中的遠端處理系統，該遠端處理系統包括·數據傳送/接收模塊與車載終端建立通信連接，接收和發送數據；·數據/邏輯處理模塊按照內部程序邏輯自動處理從數據傳送/接收模塊、外部系統接口模塊和用戶接口設備來的數據；·外部系統接口模塊與其它外部應用系統建立通信連接，接收和發送數據；·數據存儲設備存儲和維護與車輛位置信息相關的數據；·用戶接口設備處理遠端處理系統用戶的輸入輸出。
12.根據權利要求11所述的遠端處理系統，其特征在于，遠端處理系統處理從車載終端發來的車輛位置信息，處理方法包括下列方法或其組合·告知管理系統使用者當前車輛位置；·存儲當前車輛位置數據到數據庫；·根據當前車輛位置或其分布狀態產生程序響應(如，生成調度指令)；·傳送當前車輛位置數據到其它軟件系統；·接受系統使用者的輸入，并發送至車載中端。
13.根據權利要求11所述的遠端處理系統，還包括·中央數據采集器，位于遠端處理系統本地，與公共數據網絡相連，接收和發送車載終端發來的數據；·遠端采集代理，與無線/有線數據通信網絡相連，通過與遠端處理系統其它部分之間的遠程通信，接收和發送車載終端發來的數據。
全文摘要
本發明在于提供一種符合城市公交車運營特點，具有一定精度，低價位的車輛定位方法—“距離矢量和標志點校正定位法”；并且為使用這種定位方法定義了一種用于在公交管理系統和車載終端之間進行通信的，獨立的，不依賴于任何底層承載協議的通信方法。一個實現了“距離矢量和標志點校正定位法”的公交管理系統由車載終端、遠端處理系統和數據通信網絡組成。其中，車載終端由車載傳感器、車輛位置處理器、數字通信單元和存儲器組成；遠端處理系統由數據傳送/接收模塊、數據/邏輯處理模塊、用戶接口設備、數據存儲模塊和外部系統接口模塊組成。數據通信網絡可以是基于GPRS、CDMA、Flex等技術的各種公共、專用網絡。
文檔編號G01S1/02GK1447128SQ03115439
公開日2003年10月8日 申請日期2003年2月18日 優先權日2003年2月18日
發明者何征, 傅宸, 王錦蓉 申請人:何征, 傅宸, 王錦蓉